Albert Einstein – seine Allgemeine Relativitätstheorie unter der Lupe

Albert Einstein: ein Genie seiner Zeit, das bis heute als der berühmteste Wissenschaftler bekannt ist. Alle haben seinen Namen gehört, doch die wenigsten haben verstanden, was es mit Albert Einsteins Formeln und Theorien eigentlich auf sich hat.

Schulischer Werdegang von Albert Einstein

Der heute über Physikerkreise hinaus bekannte Wissenschaftler wurde im damaligen Deutschen Reich in Ulm, im Jahr 1879 geboren. Seine Familie war deutsch-jüdisch geprägt und gehörte dem Mittelstand an. Kurz nach der Geburt zogen die Einsteins nach München, wo der Vater mit seinem Bruder eine Firma für elektrische Geräte gründete. 1881 kam dann schliesslich auch Alberts Schwester Maja zur Welt. Albert fing erst mit drei Jahren zu sprechen an. In der Schule zeigten sich dann auch seine Stärken eher in den Naturwissenschaften als in den Sprachen.

1885 kam Einstein in die Volksschule wo er sich als aufrührerische Persönlichkeit zeigte und nur das machte, was ihn interessierte. Nebenbei las er wissenschaftliche Bücher um sich einen Überblick über den aktuellen Forschungsstand zu verschaffen. Auch begann er mit dem Violinspiel im Privatunterricht. Ab 1888 besuchte er das damalige Luitpold-Gymnasium, das heute Albert-Einstein-Gymnasium heisst. Obwohl geplant war, dass Albert hier sein Abitur machen würde, verliess er die Schule 1894 vorzeitig, weil er mit den Lehrern und der Direktion in Konflikt kam. Jene warfen ihm vor, dass seine Respektlosigkeit auf seine Mitschüler abfärbe. Somit entging er bewusst, oder unbewusst dem Armeedienst zu welchem er ab dem 17. Lebensjahr verpflichtet gewesen wäre.

Einstein schrieb in Italien

Kurzzeitig lebte die Familie Einstein in Norditalien, wo Alberts Vater und dessen Bruder einen neuen Firmenstandort aufbauten. Albert half dabei mit, unternahm Ausflüge in die Alpen und schrieb seine erste wissenschaftliche Arbeit: Über die Untersuchung des Ätherzustandes im magnetischen Felde.

Seines Vaters Wunsch, er möge Elektrotechnik studieren, kam Albert nicht nach. Stattdessen bewarb er sich an der eidgenössisch polytechnischen Schule in Zürich, der heutigen ETH. Da er aber noch kein Abitur oder Matura hatte, musste er zuerst eine Aufnahmeprüfung ablegen, welche er nicht bestand. Dabei meisterte er den naturwissenschaftlichen Teil, scheiterte aber aufgrund mangelnden Französischkenntnissen. In den Jahren 1895 und 96 holte Albert seine Matura an der aargauischen Kantonsschule nach und lebte derzeitig bei der Familie Winteler. Auf seinem Maturazeugnis stand schliesslich fünfmal die Note Sechs; seine schlechteste Note war eine Drei in Französisch.

Noch im selben Jahr begann er sein Studium an der Schule für Fachlehrer des Polytechnikums Zürich. Dabei eckte er oft an mit seiner Eigenwilligkeit und fiel den Professoren besonders durch seine Abwesenheit auf. Die abstrakte mathematische Ausbildung war Albert ein Dorn im Auge, denn er erachtete sie für den problemorientierten Physiker als hinderlich. 1900 erlangte er sein Diplom als Fachlehrer in mathematischer Richtung. Seine Diplomarbeit in Physik folgte darauf. Entgegen seinen Plänen gelang es ihm nicht eine Anstellung als Assistent am Polytechnikum zu erhalten, was auf sein fehlendes Engagement zurückzuführen ist.

Patentamt Bern stellte ihn an

Fortan verdiente Albert Einstein sein Geld als Hauslehrer in Winterthur, Schaffhausen und schliesslich in Bern. Im Jahr 1901 erhielt er auf Antrag seinerseits die Schweizer Staatsangehörigkeit. Seine deutsche Staatsbürgerschaft war 10 Jahre zuvor verfallen. Durch eine Empfehlung seines Studienkollegen Marcel Grossmann erhielt Albert 1902 eine feste Anstellung als technischer Experte 3. Klasse beim Patentamt in Bern. Diese Anstellung kam ihm sehr zu Gute, denn somit hatte er viel Zeit für Physik. Somit konnte er 1905 seine ersten wichtigen Arbeiten veröffentlichen.

Diese waren:

1. Zum photoelektrischen Effekt: Über einen die Erzeugung und Verwandlung des Lichts betreffenden heuristischen Gesichtspunkt
2. Seine Dissertation an der Universität Zürich: Eine neue Bestimmung der Moleküldimensionen
3. Zur brownschen Molekularbewegung: Über die von der molekularkinetischen Theorie der Wärme geforderte Bewegung von in ruhenden Flüssigkeiten suspendierten Teilchen
4. Abhandlung: Zur Elektrodynamik bewegter Körper. Mit dem Nachtrag: Ist die Trägheit eines Körpers von seinem Energiegehalt abhängig? Diese beiden letzteren Arbeiten werden heute als spezielle Relativitätstheorie bezeichnet.

Nobelpreis in Griffweite für Albert Einstein

Das Jahr 1905 wird auch als annus mirabilis bezeichnet, da jede Arbeit von Einstein nobelpreiswürdig war. Da begann sein Weg von der speziellen zur allgemeinen Relativitätstheorie. Ihre Fertigstellung dauerte bis 1915 und schliesslich war Albert Einstein ein hochangesehener Physiker mit einer Professur in Berlin. Max Planck sagte über seine Leistungen, dass man sie an denen von Johannes Kepler und Isaac Newton messen könne.

Ausschlaggebend für die Weiterentwicklung der speziellen Relativitätstheorie (SR) war der Gedanke Einsteins, dass die Lichtgeschwindigkeit unter Einfluss der Gravitation keine Konstante ist und die spezielle Relativitätstheorie somit nur ohne Einberechnung von Schwerkraft gültig sein könnte.

Was besagt die allgemeine Relativitätstheorie?

Es folgt nun ein Erklärungsversuch der allgemeinen Relativitätstheorie (AR), der in seiner bildlich darstellenden Form niemals den ganzen Umfang der Einsteinschen Theorie wiedergeben kann und nur für den Leser eine Vorstellung der menschlichen Genialität übermitteln soll.

Albert Einstein und die Allgemeine Relativitätstheorie

Die AR beinhaltet zuerst ein Umdenken in unserer Vorstellung von Gravitation, denn Isaac Newtons Gravitationstheorie war bis anhin massgebend. Einstein und Newton waren sich einig: Zwei Teilchen zwischen denen keine Kräfte wirken, die sich auf parallelen Bahnen bewegen, werden niemals zueinander finden. 

Wenn die Teilchen nun von diesem Verhalten abweichen, hiesse das in der klassischen Physik, dass eine Kraft im Spiel ist. Bei Newton könnte solch eine Kraft die Gravitation sein und die Teilchen könnten, durch Anwesenheit einer Masse auf einen Punkt zusammengezogen werden.

Einsteins Theorie sieht Gravitation nicht als Kraft im Raum, sondern als Verzerrung der Raumzeit (blauer Hintergrund). Die Teilchen laufen anfangs parallel und fallen durch die Krümmung des Raumes, in dem sie sich bewegen, zusammen. Ganz als wären sie unter dem Einfluss, was Newton Gravitationskraft nennt.

Raumzeit und Materie beeinflussen sich gegenseitig

Einstein erkannte, dass nicht nur die Verzerrung der Raumzeit die Laufbahn von Teilchen beeinflussen kann, sondern auch umgekehrt die Anwesenheit von Teilchen, also Masse Verzerrungen überhaupt hervorruft. Es handelt sich um einen immer fortlaufenden Ablauf, bei dem sich Raumzeit und Materie gegenseitig beeinflussen. Dabei zu beachten ist, dass Einsteins Bild nicht bloss eine andere Interpretation von Newtons Gravitationstheorie darstellt, sondern eine umfassendere Erklärung abgibt, da er den Einfluss von Energie, innerer Spannung, oder Druck berücksichtigt und die Rückwirkung der Raumzeitverzerrung auf sich selbst beschreibt.

Die Ablenkung von Licht ist eine weitere erstaunliche Folgerung, die sich aus der AR ziehen lässt. Da Licht sich ebenfalls in geraden Bahnen in der Raumzeit bewegt, kann es durch die Anwesenheit einer grossen Masse in seiner Bahn beeinflusst werden. Im Jahr 1919 gelang britischen Astronomen während einer Sonnenfinsternis der Nachweis für die Lichtablenkung und somit auch ein Nachweis für die AR.

Fazit zum Thema Albert Einstein

Die von Einstein aufgestellte allgemeine Relativitätstheorie revolutionierte unser bis dahin übliches Verständnis des Universums. Man entdeckte eine Reihe neuer Phänomene und Modellvorstellungen, wie zum Beispiel Gravitationswellen, Schwarze Löcher, oder Urknallmodelle. Um deren Auswirkungen auf unser Leben zu erkennen, bräuchte es noch einiges mehr an Ausführungen, die hier aber den Rahmen sprengen würden. Auch zu Einsteins Leben nach dem grossen Durchbruch mit seiner AR gäbe es noch einiges zu sagen, aber abgesehen von seinem eher unrühmlichen Familienleben sind seine wissenschaftlichen Leistungen zu gross, um sie hier in einem einzigen Artikel zu behandeln.

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